从ROS控制jetbot机器人

描述

这个开源平台为 DIY 开发者、学生和爱好者提供了创建各种基于 AI 的应用程序所需的一切。JetBot 套件以小型但功能强大的 NVIDIA Jetson Nano 计算机为基础工作，该计算机提供多个传感器和神经网络的并行操作，用于对象识别、避免碰撞和其他任务。原始 NVIDIA JetBot AI 机器人的所有组装文件和完整组件列表可在 GitHub ( https://github.com/NVIDIA-AI-IOT/jetbot ) 上获得。

可以从第三方制造商处购买现成的套装。这些套件以各种配置呈现，使您能够创建绝对独特的解决方案。我有一套 Waveshare 提供的。Waveshare 的 JetBot 配备了高品质的底盘、前置摄像头和所有必要的工具，可确保快速轻松地组装。

 

 

 

不幸的是，我们不得不改变平台，原来的平台是不稳定和弱引擎

我将它安装在另一个平台上——来自拆解的 iRobot Create 吸尘器。

考虑在 jetbot 上安装用于管理和导航的 ROS 包。

机器人操作系统（ROS）是用于开发机器人软件的灵活平台（框架）。这是一组各种工具、库和一定的规则，其目的是简化开发机器人软件的任务。

我们使用 64 GB 的 SD 卡来记录 NVIDIA JetPack 图像。NVIDIA JetPack 映像基于 Ubuntu 18.04 操作系统。我们将安装 ROS Melodic 版本（http://wiki.ros.org/melodic ）。

# 添加所有 Ubuntu 存储库：

sudo apt-add-repository universe
sudo apt-add-repository multiverse
sudo apt-add-repository restricted

# 添加ROS仓库

sudo sh -c 'echo "deb http://packages.ros.org/ros/ubuntu $(lsb_release -sc) main" > /etc/apt/sources.list.d/ros-latest.list'
sudo apt-key adv --keyserver 'hkp://keyserver.ubuntu.com:80' --recv-key C1CF6E31E6BADE8868B172B4F42ED6FBAB17C654

# 安装 ROS 基础

sudo apt-get update
sudo apt-get install ros-melodic-ros-base

# 添加ROS路径

sudo sh -c ' echo "source /opt/ros/melodic/setup.bash" >> ~ / .bashrc '

我们将安装 Adafruit 库以支持 TB6612/PCA9685 引擎驱动程序和 SSD1306 调试 OLED 显示器：

# 安装点子

sudo apt-get install python-pip

# 安装 Adafruit 库

pip install Adafruit-MotorHAT
pip install Adafruit-SSD1306

我们将为用户提供对 i2c 总线的访问权限：

sudo usermod -aG i2c $USER

我们将重新启动系统以使更改生效。

创建一个 ROS Catkin 工作区来存储 ROS 包：

# 创建工作区 catkin mkdir -p ~/workspace/catkin_ws/src

cd ~/workspace/catkin_ws
catkin_make
# add the catkin_ws path to bashrc sudo sh -c ' echo "source ~/workspace/catkin_ws/devel/setup.bash" >> ~/.bashrc'

我们关闭并重新打开一个新的终端窗口以确保 catkin_ws 对 ROS 可见：

echo $ROS_PACKAGE_PATH

我们克隆并构建了 jetson-inference 包。该软件包使用 NVIDIA TensorRT 在内置 Jetson 平台上高效部署神经网络。

# 安装 git 和 cmake

sudo apt-get install git cmake

# 克隆存储库和 cd 子模块 ~/workspace

git clone https://github.com/dusty-nv/jetson-inference
cd jetson-inference
git submodule update --init

# 从源代码构建

mkdir build
cd build
cmake ../
make

# 安装库

sudo make install

克隆和构建 ROS 包 ros_deep_learning

# 安装依赖

sudo apt-get install ros-melodic-vision-msgs ros-melodic-image-transport ros-melodic-image-publisher

# 克隆 cd 存储库 ~/workspace/catkin_ws/src

git clone https://github.com/dusty-nv/ros_deep_learning

# 构建catkin

cd ~/workspace/catkin_ws
catkin_make

# 检查ROS是否找到了包，包是ros_deep_learning

rospack find ros_deep_learning

克隆和构建 jetbot_ros ROS 包

# 克隆存储库

cd ~/workspace/catkin_ws/src
git clone https://github.com/dusty-nv/jetbot_ros

# 构建包

cd ~/workspace/catkin_ws
catkin_make

# 检查 ROS 是否找到了 jetbot_ros 包的包

$ rospack find jetbot_ros

测试 ros_jetbot

打开终端并启动

roscore

在第二个终端中，我们启动 jetbot_motors 节点

rosrun jetbot_ros jetbot_motors.py

然后问题是导入错误：没有名为 Adafruit_MotorHAT 的模块，尽管该库已经安装（见上文）。

但是该库是安装在python3中的，而ROS使用的是python2。7

为 python2 安装 Adafruit_MotorHAT 库。7

python2. 7-m pip install Adafruit_MotorHAT

现在启动正常，在下一个终端中我们检查相应的节点和主题是否在 ROS 中运行

这是主题列表

• /jetbot_motors/cmd_dir - 相对航向（度数 [-180.0, 180.0]，速度 [-1.0, 1.0]）
• /jetbot_motors/cmd_raw - 原始 L/R 电机命令（速度 [-1.0, 1.0]，速度 [-1.0, 1.0]）
• /jetbot_motors/cmd_str - 简单的字符串命令（左/右/前进/后退/停止）

但是，不幸的是，在 jetbot_motors.py 中注册了从主题 /jetbot_motors/cmd_str 接收到的消息的处理

我们尝试从终端发送它们（这些是向前、向后、向左、向右和停止的移动）

rostopic pub /jetbot_motors/cmd_str std_msgs/String --once "forward"
rostopic pub /jetbot_motors/cmd_str std_msgs/String --once "backward"
rostopic pub /jetbot_motors/cmd_str std_msgs/String --once "left"
rostopic pub /jetbot_motors/cmd_str std_msgs/String --once "right"
rostopic pub /jetbot_motors/cmd_str std_msgs/String --once "stop"

又是问题！！！没有动静。您需要更改文件 jetbot_motors.py，更改 set_speed() 和 all_stop() 函数。

我创建了一个新文件 jetbot_motors_1.py 并进行了以下更改

# sets motor speed between [-1.0, 1.0]
def set_speed(motor_ID, value):
   max_pwm = 200.0
   speed = int(min(max(abs(value * max_pwm), 0), max_pwm))
   a = b = 0
   if motor_ID == 1:
      motor = motor_left
      a=1
      b=0
   elif motor_ID == 2:
      motor = motor_right
      a=2
      b=3
   else:
      rospy.logerror('set_speed(%d, %f) -> invalid motor_ID=%d', motor_ID, value, motor_ID)
      return
   motor.setSpeed(speed)
   if value < 0:
      motor.run(Adafruit_MotorHAT.FORWARD)
      motor.MC._pwm.setPWM(a,0,0)
      motor.MC._pwm.setPWM(b,0,speed*16)
   elif value > 0:
      motor.run(Adafruit_MotorHAT.BACKWARD)
      motor.MC._pwm.setPWM(a,0,speed*16)
      motor.MC._pwm.setPWM(b,0,0)
   else:
      motor.run(Adafruit_MotorHAT.RELEASE)
      motor.MC._pwm.setPWM(a,0,0)
      motor.MC._pwm.setPWM(b,0,0)
   # stops all motors

def all_stop():
   set_speed(motor_left_ID, 0.0)
   set_speed(motor_right_ID, 0.0)

现在jetbot响应发送消息，可以向前、向后、向左、向右和停止。但这都是一个速度，由这个值调节

max_pwm = 200.0

有必要记录以不同速度执行的运动。现在，我们将做最简单的，我们将使用发送 std_msgs/String 消息到主题 /jetbot_motors/cmd_raw

# raw L/R motor commands (speed, speed)
def on_cmd_raw(msg):
rospy.loginfo(rospy.get_caller_id() + ' cmd_raw=%s', msg.data)
speeds=msg. data. split(',')
set_speed(motor_left_ID, float( speeds[0]))
set_speed(motor_right_ID, float (speeds[1]))

检查一下，我发送了类似的命令

rostopic pub /jetbot_motors/cmd_raw std_msgs/String --once " 0.9,-0.7"

。

并且还必须更改从主题 /jetbot_motors/cmd_raw 发送的消息。即geometry_msgs/Twist上的消息类型，在ROS中被广泛使用。

我创建了一个新文件 jetbot_motors_2.py 并进行了以下更改

#!/usr/bin/env python
import rospy
import time
import math
from Adafruit_MotorHAT import Adafruit_MotorHAT
from std_msgs.msg import String
from geometry_msgs.msg import Twist

PWM_MIN=0.5
PWM_MAX=1.0

# sets motor speed between [-1.0, 1.0]
def set_speed(motor_ID, value):
   max_pwm = 200.0
   speed = int(min(max(abs(value * max_pwm), 0), max_pwm))
   a = b = 0
   if motor_ID == 1:
      motor = motor_left
      a=1
      b=0
   elif motor_ID == 2:
      motor = motor_right
      a=2
      b=3
   else:
      rospy.logerror('set_speed(%d, %f) -> invalid motor_ID=%d', motor_ID, value, motor_ID)
return

def motor.setSpeed(speed)
   if value < 0:
      motor.run(Adafruit_MotorHAT.FORWARD)
      motor.MC._pwm.setPWM(a,0,0)
      motor.MC._pwm.setPWM(b,0,speed*16)
   elif value > 0:
      motor.run(Adafruit_MotorHAT.BACKWARD)
      motor.MC._pwm.setPWM(a,0,speed*16)
      motor.MC._pwm.setPWM(b,0,0)
   else:
      motor.run(Adafruit_MotorHAT.RELEASE)
      motor.MC._pwm.setPWM(a,0,0)
      motor.MC._pwm.setPWM(b,0,0)

# stops all motors
def all_stop():
   set_speed(motor_left_ID, 0.0)
   set_speed(motor_right_ID, 0.0)

# directional commands (degree, speed)
def on_cmd_dir(msg):
   rospy.loginfo(rospy.get_caller_id() + ' cmd_dir=%s', msg.data)
   
# raw L/R motor commands (speed, speed)
def on_cmd_raw(msg):
   rospy.loginfo("msg cmd_raw")
   rospy.loginfo(msg)
   x=max(min(msg.linear.x,1.0),-1.0)
   z=max(min(msg.angular.z,1.0),-1.0)
   l=(x-z)/2
   r=(x+z)/2
   #rospy.loginfo(x)
   #rospy.loginfo(z)
   #rospy.loginfo(l)
   #rospy.loginfo(r)
   lpwm= PWM_MIN+math.fabs(l)*(PWM_MAX-PWM_MIN)
   rpwm= PWM_MIN+math.fabs(r)*(PWM_MAX-PWM_MIN)
   #rospy.loginfo(lpwm)
   #rospy.loginfo(rpwm)
   kl=1 if l>0 else -1
   kr=1 if r>0 else -1
   if l==0 : kl=0
   if r==0 : kr=0
   set_speed(motor_left_ID, kl*lpwm )
   set_speed(motor_right_ID, kr*rpwm)

# simple string commands (left/right/forward/backward/stop)
def on_cmd_str(msg):
   rospy.loginfo(rospy.get_caller_id() + ' cmd_str=%s', msg.data)
   if msg.data.lower() == "left":
      set_speed(motor_left_ID, -1.0)
      set_speed(motor_right_ID, 1.0)
   elif msg.data.lower() == "right":
      set_speed(motor_left_ID, 1.0)
      set_speed(motor_right_ID, -1.0)
   elif msg.data.lower() == "forward":
      set_speed(motor_left_ID, 1.0)
      set_speed(motor_right_ID, 1.0)
   elif msg.data.lower() == "backward":
      set_speed(motor_left_ID, -1.0)
      set_speed(motor_right_ID, -1.0)
   elif msg.data.lower() == "stop":
      all_stop()
   else:
      rospy.logerror(rospy.get_caller_id() + ' invalid cmd_str=%s', msg.data)

# initialization
if __name__ == '__main__':
# setup motor controller
motor_driver = Adafruit_MotorHAT(i2c_bus=1)
motor_left_ID = 1
motor_right_ID = 2
motor_left = motor_driver.getMotor(motor_left_ID)
motor_right = motor_driver.getMotor(motor_right_ID)
# stop the motors as precaution
all_stop()
# setup ros node
rospy.init_node('jetbot_motors')
rospy.Subscriber('~cmd_dir', String, on_cmd_dir)
rospy.Subscriber('~cmd_raw', Twist, on_cmd_raw)
rospy.Subscriber('~cmd_str', String, on_cmd_str)
# start running
rospy.spin()
# stop motors before exiting
all_stop() And

当然，通过启动启动命令文件来启动所有节点。我们将launch01.launch文件放在catkin_ws/src/jetbot_ros/launch

<launch>
   <node name="jetbot_motors" pkg="jetbot_ros" type="jetbot_motors_2.py">
   node>
   <node name="jetbot_camera" pkg="jetbot_ros" type="jetbot_camera">
   node>
   <node name="jetbot_oled" pkg="jetbot_ros" type="jetbot_oled.py">
   node>
launch>

运行批处理文件

roslaunch jetbot_ros launch01.launch

让我们从远程计算机控制机器人。我们将使用 rosbridge 包。Rosbridge 允许外部客户端（在我们的例子中是浏览器）访问 ROS 主题和服务（从主题发布和接收，调用服务）。Rosbridge 是 rosbridge_suite 元包的一部分，其中包括用于实现 rosbridge 协议的各种附加包。

rosbridge_suite 包是一组实现 rosbridge 协议并提供 WebSocket 传输层的包。

套餐包括：

rosbridge_library - 基本的 rosbridge 包。Rosbridge_library 负责接收 JSON 字符串并向 ROS 发送命令，反之亦然。

rosapi-通过通常为 ROS 客户端库保留的服务调用使某些 ROS 操作可用。这包括获取和设置参数、获取主题列表等等。

rosbridge_server-通过 WebSocket 提供连接，以便浏览器可以“与 rosbridge 对话”。Roslibjs 是一个用于浏览器的 JavaScript 库，可以通过 rosbridge_server 与 ROS 进行交互。

安装包

sudo apt-get install ros-melodic-rosbridge-suite

在launch文件夹中的项目文件夹jetbot_ros中创建命令文件launch02.launch

<launch>
   <include file="$(find rosbridge_server)/launch/rosbridge_websocket.launch"/>
   <node name="jetbot_motors" pkg="jetbot_ros" type="jetbot_motors_2.py">
   node>
   <node name="jetbot_oled" pkg="jetbot_ros" type="jetbot_oled.py">
   node>
launch>

并运行命令文件

1个终端

roscore

2个终端

roslaunch jetbot_ros launch02.launch

要组织 Web 界面，您需要安装 Web 服务器。

sudo apt-get install apache2

现在我们的 html 页面将位于 /var/www/html 文件夹中。Library roslib.min.js 我们将其放在 js 文件夹中。

创建一个 html 文件 index01.html，我们将通过 websocket 9090 连接到 ROS，并将表单中的消息发送到 ROS /pub_txt_msg 主题，并在页面上接收和显示来自 ROS /sub_txt_msg 主题的消息

html>
<html>
<head>
<meta charset="utf-8" />

<script type="text/javascript" src="js/roslib.min.js">script>
<script type="text/javascript" type="text/javascript">
var ros = new ROSLIB.Ros({
url : 'ws://192.168.0.111:9090'
});
ros.on('connection', function() {
   document.getElementById("status").innerHTML = "Connected";
});
ros.on('error', function(error) {
   document.getElementById("status").innerHTML = "Error";
});
ros.on('close', function() {
   document.getElementById("status").innerHTML = "Closed";
});
var txt_listener = new ROSLIB.Topic({
   ros : ros,
   name : '/sub_txt_msg',
   messageType : 'std_msgs/String'
});
txt_listener.subscribe(function(m) {
   document.getElementById("msg").innerHTML = m.data;
});
var pub1=new ROSLIB.Topic ({
   ros: ros,
   name : '/pub_txt_msg',
   messageType : 'std_msgs/String'
});
function send_ros() {
   var msg=new ROSLIB.Message ({"data" : document.getElementById("putdata").value});
   pub1.publish(msg);
}
script>

head>
<body>
<h1>Simple ROS User Interfaceh1>
<p>Connection status: <span id="status">span>p>
<p>Last /txt_msg received: <span id="msg">span>p>
<p><form id=formoptions name=formoptions action="javascript:void();" onsubmit="feturn false;">
send to /pub_txt_msg <br>
<input name=putdata id=putdata>
<button id='button1' value='send' onclick='send_ros();'>Sendbutton>
form>
p>
body>
html>

在浏览器中启动页面index01.html

。

创建一个文件 index02.html 来控制机器人的运动并从摄像头查看图像。我们使用 nipplejs library.js

html>
<html>
<head>
<meta charset="utf-8" />

<script type="text/javascript" src="js/roslib.min.js">script>
<script type="text/javascript" src="js/nipplejs.js">script>
<script type="text/javascript" type="text/javascript">
var ros = new ROSLIB.Ros({
   url : 'ws://192.168.0.111:9090'
});
ros.on('connection', function() {
   document.getElementById("status").innerHTML = "Connected";
});
ros.on('error', function(error) {
   document.getElementById("status").innerHTML = "Error";
});
ros.on('close', function() {
   document.getElementById("status").innerHTML = "Closed";
});
var txt_listener = new ROSLIB.Topic({
   ros : ros,
   name : '/txt_msg',
   messageType : 'std_msgs/String'
});
txt_listener.subscribe(function(m) {
   document.getElementById("msg").innerHTML = m.data;
});
cmd_vel_listener = new ROSLIB.Topic({
   ros : ros,
   name : "/cmd_vel",
   messageType : 'geometry_msgs/Twist'
});
move = function (linear, angular) {
   var twist = new ROSLIB.Message({
   linear: {
      x: linear,
      y: 0,
      z: 0
   },
   angular: {
      x: 0,
      y: 0,
      z: angular
   }
   });
   cmd_vel_listener.publish(twist);
}
createJoystick = function () {
   var options = {
   zone: document.getElementById('zone_joystick'),
   threshold: 0.1,
   position: { left: 50 + '%' },
   mode: 'static',
   size: 150,
   color: '#000000',
   };
   manager = nipplejs.create(options);
   linear_speed = 0;
   angular_speed = 0;
   manager.on('start', function (event, nipple) {
   timer = setInterval(function () {
   move(linear_speed, angular_speed);
   }, 25);
   });
   manager.on('move', function (event, nipple) {
      max_linear = 1.0; // m/s
      max_angular = 1.0; // rad/s
      max_distance = 75.0; // pixels;
      linear_speed = Math.sin(nipple.angle.radian) * max_linear * nipple.distance/max_distance;
      angular_speed = -Math.cos(nipple.angle.radian) * max_angular * nipple.distance/max_distance;
   });
   manager.on('end', function () {
      if (timer) {
      clearInterval(timer);
   }
   self.move(0, 0);
});
}
window.onload = function () {
createJoystick();
}
script>
head>
<body>
<h1>Simple ROS User Interfaceh1>
<p>Connection status: <span id="status">span>p>
<p>Last /txt_msg received: <span id="msg">span>p>
<div id="zone_joystick" style="position: relative;">div>
body>
html>

启动页面后，我们可以控制机器人的运动。页面预览

。